CN111963609A

CN111963609A - 一种阻尼可调的摩擦摆式文物隔震装置

Info

Publication number: CN111963609A
Application number: CN202010862451.1A
Authority: CN
Inventors: 赵守江
Original assignee: PALACE MUSEUM
Current assignee: PALACE MUSEUM
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2020-11-20

Abstract

本发明公开了一种阻尼可调的摩擦摆式文物隔震装置，属于减震与隔震技术领域。该装置包括底板、顶板、凹面圆盘、万向球和正交阻尼机构；底板和顶板的相对表面上分别固定凹面圆盘和万向球，凹面圆盘和万向球形成接触配合以提供支撑力；所述底板和顶板之间安装正交阻尼机构，底板和顶板通过正交阻尼机构连接在一起；正交阻尼机构将底板和顶板之间任意水平向的相对运动分解成两个自身正交方向的运动并施加阻尼。本发明在保证隔震装置一体性的同时还能实现阻尼大小的可调，能够满足不同场合的隔震需求。

Description

一种阻尼可调的摩擦摆式文物隔震装置

技术领域

本发明属于减震与隔震技术领域，具体涉及一种阻尼可调的摩擦摆式文物隔震装置。

背景技术

文物是人类宝贵的历史文化遗产，具有极其重要的价值，保护意义重大。我国馆藏文物数量庞大，除部分采用效果有限的传统抗震方式外，更多的是处于浮放状态，很容易在地震中遭到破坏。因此，采用隔震装置，将对文物的防震安全起到了重要作用。摩擦摆式支座即是其中一种有效的水平隔震装置。

它的构造极其简单，主要由凹面的圆盘与滑块构成一个摩擦副，利于滑块在凹面上做类似钟摆的往复运动，产生相对摩擦力以耗散地震能量。装置的回复力由重力提供，通过选择凹球面半径来调节固有频率；阻尼参数值则由接触面的摩擦系数确定。

当地震来临时，摩擦摆装置可减弱传递到上部文物的水平振动，但因圆盘和滑块之间是分离的，并不具备竖向抗拉拔的能力，尤其是在承受较大竖向地震作用或达到极限水平位移时，装置各部件可能会发生脱离失效，反而对文物造成严重的伤害；另外，预设的摩擦系数对加工精度要求较高，且摩擦系数固定，后期很难调整通用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种阻尼可调的摩擦摆式文物隔震装置，在保证隔震装置一体性的同时还能实现阻尼参数的可调，能够满足不同场合的隔震需求。

一种阻尼可调的摩擦摆式文物隔震装置，该装置包括底板、顶板、凹面圆盘、万向球和正交阻尼机构；

所述底板和顶板的相对表面上分别固定凹面圆盘和万向球，凹面圆盘和万向球形成接触配合以提供支撑力；所述底板和顶板之间安装正交阻尼机构，底板和顶板通过正交阻尼机构连接在一起；正交阻尼机构将底板和顶板之间任意水平向的相对运动分解成两个自身正交方向的运动并施加阻尼。

进一步地，所述正交阻尼机构包括上丝杠阻尼组件和下丝杠阻尼组件，所述上丝杠阻尼组件和下丝杠阻尼组件之间通过孔轴配合实现连接，上丝杠阻尼组件和下丝杠阻尼组件之间具有沿孔轴的轴线方向移动的自由度以适应万向球在凹面圆盘运动过程中产生的高度变化，上丝杠阻尼组件和下丝杠阻尼组件各自具有沿垂直于孔轴轴线方向运动的自由度。

进一步地，所述上丝杠阻尼组件包括安装板、丝杠、丝杠支撑座、阻尼器、导轨、滑块、驱动螺母、导向套筒和螺母支座；

所述滑块与固定在安装板上的导轨为嵌入式配合，两者之间仅具有沿导轨方向的自由度；所述滑块的上表面固定连接导向套筒，所述导向套筒上具有条形的导向槽；所述丝杠与导轨平行设置在安装板上，丝杠的两端由固定在安装板上的丝杠支撑座进行支撑，阻尼器与丝杠的一端或两端连接；所述丝杠与螺母支座内的驱动螺母配合，螺母支座与滑块固定连接；丝杠、驱动螺母和阻尼器共同对滑块在导轨上的运动施加阻尼。

进一步地，所述下丝杠阻尼组件包括安装板、丝杠、丝杠支撑座、阻尼器、导轨、滑块、驱动螺母、销轴、导向轴和螺母支座；

所述滑块与固定在安装板上的导轨为嵌入式配合，两者之间仅具有沿导轨方向的自由度；所述滑块的上表面固定连接导向轴，所述导向轴顶部有一个径向的通孔，该通孔用于与销轴进行配合；所述丝杠与导轨平行设置在安装板上，丝杠的两端由固定在安装板上的丝杠支撑座进行支撑，阻尼器与丝杠的一端或两端连接；所述丝杠与螺母支座内的驱动螺母配合，螺母支座与滑块固定连接；丝杠、驱动螺母和阻尼器共同对滑块在导轨上的运动施加阻尼。

进一步地，所述上丝杠阻尼组件和下丝杠阻尼组件通过导向套筒与导向轴形成孔轴配合，所述销轴同时穿过导向套筒上的导向槽和导向轴上的径向孔，不仅限制上丝杠阻尼组件和下丝杠阻尼组件周向的自由度，同时也限制了两者在孔轴的轴线方向的移动量，进而防止顶、底板彼此脱离倾覆，增强装置的抗拉拔能力。

有益效果：

1、本发明的主体结构仅包括固定有凹面圆盘的底板、固定有万向球的顶板和正交阻尼机构，结构简单，安装便捷。

2、本发明充分利用万向球摩擦系数小的优点，使得装置能在较低的地震强度下启动并发挥作用。

3、本发明采用万向球和凹面圆盘配合来支撑上部物体，可根据负载要求选择万向球，承载能力强。万向球在凹面圆盘内运动过程中可产生竖向支撑力和水平回复力，因此能实现上部承载物的自动复位，无需添加复位弹簧。

4、本发明的正交阻尼机构具有抗拉拔功能，能够增强装置的整体性。销轴同时穿过导向套筒上的导向槽和导向轴上的径向孔后可以限制上、下丝杠阻尼组件分离高度，防止顶板倾覆。由于凹面圆盘的盘面高度有变化，中间低四周高，若与导向套筒上导向槽的长度相适应，则正交阻尼机构还具有可靠的水平限位功能。

5、本发明的正交阻尼机构能够将顶底板间任意水平向的相对运动分解成两个正交方向的直线运动，然后利用丝杠、驱动螺母和阻尼器对每个分运动即滑块与导轨的相对滑动施加阻尼，因此通过改变丝杠螺距或更换阻尼器的方式可以调整阻尼大小，简单灵活；由于具有阻尼机构，万向球和凹面圆盘不必再进行阻尼设计，装置的制造和装配难度低。

附图说明

图1为本发明阻尼可调的摩擦摆式文物隔震装置的整体结构示意图；

图2为本发明阻尼可调的摩擦摆式文物隔震装置的侧视图；

图3为凹面圆盘在底板上的安装关系示意图；

图4为万向球在顶板上的安装关系示意图；

图5为正交阻尼机构的结构示意图；

图6为下丝杠阻尼组件的结构示意图；

图7为上丝杠阻尼组件的结构示意图；

图8为导向套筒的结构示意图；

图9为导向轴的结构示意图；

图10为螺母支座的结构示意图；

图11为销轴的结构示意图；

图12为万向球支座的结构示意图；

图13为万向球的结构示意图；

图14为丝杠支撑座的结构示意图。

其中，1－底板、2－顶板、3－凹面圆盘、4－万向球、5－正交阻尼机构、6－万向球支座、7－上丝杠阻尼组件、8－下丝杠阻尼组件、9－安装板、10－丝杠、11－销轴、12－导向轴、13－阻尼器、14－导轨、15－滑块、16－驱动螺母、17－丝杠支撑座、18－导向套筒、19－螺母支座。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1和2所示，本发明提供了一种阻尼可调的摩擦摆式文物隔震装置，该装置包括底板1、顶板2、凹面圆盘3、万向球4、正交阻尼机构5和万向球支座6。

如附图3和4所示，底板1和顶板2的相对表面上分别固定四个凹面圆盘3和四个万向球4，其中，万向球4是通过万向球支座6固定在顶板上，万向球4和万向球支座6的结构如附图13和12所示。底板1和顶板2上安装正交阻尼机构5，底板1和顶板2通过正交阻尼机构5连接在一起，凹面圆盘3和万向球4之间形成接触配合；底板1和顶板2在正交阻尼机构5的作用下将任意水平向的地震冲击波分解成两个正交方向的运动并施加阻尼。

如附图5所示，正交阻尼机构5包括呈十字正交布局的上丝杠阻尼组件7和下丝杠阻尼组件8，上丝杠阻尼组件7和下丝杠阻尼组件8之间通过孔轴配合实现连接，上丝杠阻尼组件7和下丝杠阻尼组件8之间具有沿孔轴的轴线方向移动的自由度，上丝杠阻尼组件7和下丝杠阻尼组件8还各自具有沿垂直于孔轴轴线方向运动的自由度。

如附图7所示，上丝杠阻尼组件7包括安装板9、丝杠10、阻尼器13、导轨14、滑块15、驱动螺母16、导向套筒18、螺母支座19和丝杠支撑座17；

滑块15与固定在安装板9上的导轨14滑动配合，滑块15的上表面固定连接导向套筒18，如附图8所示，导向套筒18的一半为法兰结构，一半为空心圆形套，法兰结构用于与滑块15的表面进行连接，空心圆形套上具有条形的导向槽；丝杠10与导轨14平行设置在安装板9上，丝杠10的两端由固定在安装板9上的丝杠支撑座17支撑，如附图14所示，丝杠支撑座17的底部为法兰结构，用于实现与安装板9的固定连接，丝杠支撑座17的上部具有安装阻尼器13的安装孔，安装在丝杠支撑座17内的阻尼器13与丝杠10的一端或两端连接，丝杠10同时与螺母支座19内的驱动螺母16配合，螺母支座19与滑块15固定连接，如附图10所示，螺母支座19的两端具有两个驱动螺母的安装孔，螺母支座中段的上下表面分别具有一个矩形的卡槽，下表面的卡槽用于嵌入安装滑块15，上表面的卡槽用于嵌入导向套筒18的法兰结构；丝杠10、驱动螺母16和阻尼器13共同对滑块15在导轨14上的运动施加阻尼。

如附图6所示，下丝杠阻尼组件8包括安装板9、丝杠10、阻尼器13、导轨14、滑块15、驱动螺母16、销轴11、导向轴12、螺母支座19和丝杠支撑座17；

滑块15与固定在安装板9上的导轨14滑动配合，滑块15的上表面固定连接导向轴12，如附图9所示，导向轴12同样分为两个部分，一部分为法兰结构，法兰结构用于与滑块15的表面进行连接，导向轴12的另一部分为圆柱段，圆柱段上有一个径向的通孔，该通孔用于与销轴11进行配合，如附图11所示，销轴11的一端为头帽结构，另一端具有径向的通孔，头帽用于实现对销轴11的轴向限位，径向通孔用于实现销轴安装后的限位。丝杠10与导轨14平行设置在安装板9上，丝杠10的两端由丝杠支撑座17支撑，阻尼器13与丝杠10的一端或两端连接，丝杠10与螺母支座19内的驱动螺母16配合，螺母支座19与滑块15固定连接；丝杠10、驱动螺母16和阻尼器13共同对滑块15在导轨14上的运动施加阻尼。

上丝杠阻尼组件7和下丝杠阻尼组件8通过导向套筒18与导向轴12形成孔轴配合，销轴11同时穿过导向套筒18上的导向槽和导向轴12上的径向孔，限制上丝杠阻尼组件7和下丝杠阻尼组件8周向的自由度，并将上丝杠阻尼组件7和下丝杠阻尼组件8连在一起，进而防止顶板2与底板1脱离倾覆，增强装置的抗拉拔能力。

工作原理：当地震作用力超过装置静摩擦力时，地面的水平运动促使万向球4在凹面圆盘3的弧面内滑动，顶板及物体会随之轻微抬升，然后万向球4又在重力作用下朝初始位置即弧面最低处移动，如此往复。随着振动能量的持续吸收，万向球4最终静止于初始位置。与顶、底板连接的正交阻尼机构5也会随之产生相对移动，并将任意水平向的地震冲击波分解成两个自身正交方向的运动，即上丝杠阻尼组件7和下丝杠阻尼组件8中的滑块15分别与对应的导轨14发生相对滑动。与滑块15相连的螺母支座19和驱动螺母16则随之运动，驱动螺母16会促使丝杠10发生转动，进而带动端部安装的阻尼器13，实现吸能减震，通过更换丝杠10的螺距或者阻尼器13的型号来实现对阻尼大小的调节。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种阻尼可调的摩擦摆式文物隔震装置，其特征在于，该装置包括底板、顶板、凹面圆盘、万向球和正交阻尼机构；

2.如权利要求1所述的一种阻尼可调的摩擦摆式文物隔震装置，其特征在于，所述正交阻尼机构包括上丝杠阻尼组件和下丝杠阻尼组件，所述上丝杠阻尼组件和下丝杠阻尼组件之间通过孔轴配合实现连接，上丝杠阻尼组件和下丝杠阻尼组件之间具有沿孔轴的轴线方向移动的自由度以适应万向球在凹面圆盘运动过程中产生的高度变化，上丝杠阻尼组件和下丝杠阻尼组件各自具有沿垂直于孔轴轴线方向运动的自由度。

3.如权利要求2所述的一种阻尼可调的摩擦摆式文物隔震装置，其特征在于，所述上丝杠阻尼组件包括安装板、丝杠、丝杠支撑座、阻尼器、导轨、滑块、驱动螺母、导向套筒和螺母支座；

4.如权利要求3所述的一种阻尼可调的摩擦摆式文物隔震装置，其特征在于，所述下丝杠阻尼组件包括安装板、丝杠、丝杠支撑座、阻尼器、导轨、滑块、驱动螺母、销轴、导向轴和螺母支座；

5.如权利要求4所述的一种阻尼可调的摩擦摆式文物隔震装置，其特征在于，所述上丝杠阻尼组件和下丝杠阻尼组件通过导向套筒与导向轴形成孔轴配合，所述销轴同时穿过导向套筒上的导向槽和导向轴上的径向孔，不仅限制上丝杠阻尼组件和下丝杠阻尼组件周向的自由度，同时也限制了两者在孔轴的轴线方向的移动量。